Материал: Справочное пособие по магнитным явлениям

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

зависит от относительной упорядоченности центров рассеяния. В той степени, в какой магнитное поле влияет на эту упорядочен­ ность, оно может повлиять также на процесс рассеяния энергии и на все связанные с ним явления.

Свет, образуемый рассеянными лучами, называют диффуз­ ным.

9.18. НЕМАТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ

Нематические кристаллы — это подвижные нитевидные струк­ туры, способные упорядочивать свои ориентации под воздейст­ вием внешнего магнитного поля. У жидкости, содержащей такие кристаллы, одна оптическая ось совпадает с направлением маг­ нитного поля, а другие оптические оси не совпадают. Вдоль оптической оси, образовавшейся под влиянием магнитного поля, рассеяние света минимально, а пропускание максимально. По всем другим направлениям, как и при отсутствии внешнего маг­ нитного поля, рассеяние достигает своего максимума.

9.19. ИЗМЕНЕНИЕ УГЛА ПОЛЯРИЗАЦИИ

Электромагнитное излучение при прохождении через диэлект­ рические вещества испытывает определенные изменения. Изме­ няется скорость его распространения, и некоторое количество энергии поглощается в виде тепла. Это поглощение является следствием возрастания тепловой активности молекулярной структуры вещества. Разброс направлений скорости частиц, за­ висящий от частоты излучения, обусловливает явление бифрингенции, которое уже обсуждалось в связи с преломлением.

В дополнение к преломлению и тепловым потерям, при про­ хождении плоскополяризованной волны через некоторые мате­ риалы происходит поворот плоскости ее поляризации. Угол по­ ворота также является функцией частоты излучения, причем мерой изменения угла поляризации служит аллогироскопическое двойное лучепреломление.

При эффекте Араго угол поляризации изменяется на величину, характерную для данного вещества и пропорциональную рас­ стоянию, которое волна проходит в веществе. При эффекте Био угол поворота плоскости поляризации пропорционален количеству активного вещества, растворенного в неактивном растворителе. Закон Бера утверждает, что высокий столб пара обладает такой же способностью поворачивать плоскость поляризации, как и более низкий столб, образуемый этим же паром в результате конденсации.

Изменение угла поляризации излучения в кристаллических структурах является довольно сложным процессом. В веществе с двойным лучепреломлением, на которое воздействует плоскополяризованный монохроматический пучок энергии, эта энергия

передается в виде двух плоскополяризованных пучков. Углы ориентации их плоскостей поляризации определяются молеку­ лярной структурой вещества, причем эти плоскости взаимно пер­ пендикулярны. После выхода из вещества с двойным лучепрелом­ лением два указанных пучка вновь объединяются в единый пучок, который, однако, может чрезвычайно сильно отличаться от первичного пучка.

Вещества с двойным лучепреломлением характеризуются раз­ личными поглощательными способностями и различными скоро­ стями распространения для излучений с разными направлениями и разными углами поляризации.

Если тело из вещества с двойным лучепреломлением повер­ нуть вокруг его оси двойного лучепреломления и в плоскости, параллельной этой оси, то характеристики переноса энергии из­ менятся. Можно создать такие условия падения поляризованной энергии на вещество с двойным лучепреломлением, что плоскость поляризации падающей энергии будет ориентирована под углом 45° к плоскостям поляризации распространяющихся в веществе пучков. Тогда эти два плоскополяризованных пучка на выходе из вещества будут иметь фазовые углы, зависящие как от скоростей распространения двух пучков, так и от толщины слоя вещества. Тем не менее их плоскости поляризации остаются на выходе из вещества теми же самыми, что и на входе в него.

Когда слой вещества с двойным лучепреломлением имеет такую толщину, что соотношение между фазами прошедших через него плоскополяризованных волн изменяется на 180°, эти волны объединяются в плоскополяризованную волну, у которой плоскость поляризации повернута на 90° относительно плоскости поляризации падающей волны. Кристалл с такой толщиной называется пластинкой в полдлины волны. При любой другой толщине кристалла прошедшее через него излучение восстанав­ ливается в виде волны с эллиптической поляризацией, которая приближается к круговой поляризации, если толщина кристалла равна кратному от значения четверти длины волны.

Вследствие того что синий свет имеет длину волны, равную приблизительно половине длины волны красного света, пластинка в полдлины волны для синего света приблизительно совпадает с пластинкой в четверть длины волны для красного света. Таким образом, синее излучение после прохождения через такую плас­ тинку представляет собой плоскополяризованную волну, тогда как красное излучение — волну с круговой поляризацией. По­ скольку плоскополяризованные волны легко «запираются» плас­ тинками с поперечной поляризацией, сочетание красного и синего излучений при плоской поляризации может превратиться на выходе «системы» в красную волну с круговой поляризацией. Такая комбинация волн с плоской и круговой поляризациями, выходящих из веществ с двойным лучепреломлением, является

одним из факторов, обусловливающих образование цветных ин­ терференционных полос в поляризованном излучении. Другой механизм образования таких полос — это аллогироскопическое двойное лучепреломление, связанное с изменением угла поля­ ризации в зависимости от частоты излучения.

9.20. ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ

Изменение угла поляризации плоскополяризованной волны, вызванное ее прохождением через твердый диэлектрик, который предварительно намагничен в направлении распространения вол­ ны, называется эффектом Фарадея (это явление иллюстрируется на рис. 9.5). То же самое явление, наблюдаемое в жидких и газообразных диэлектриках, получило название эффекта Кундта. Электрооптический эффект Керра — это аналогичное явление, которое наблюдается, однако, при поляризации диэлектрика под действием электрического, а не магнитного поля. Все эти явления фактически представляют собой разновидности основного эффекта Араго, в котором способность вращать угол поляризации волны является одним из свойств, присущих самому веществу. В рас­ смотренных здесь эффектах, однако, свойства вещества изме­ няются под влиянием приложенного поля, магнитного или элект­ рического.

Плоскополяризованную волну можно представить как резуль­ тат сложения двух волн с круговой поляризацией и с противо­ положными направлениями вращения. Когда плоскополяризованная волна проходит через диэлектрик, то две ее компоненты, имеющие противоположные направления вращения, могут попа­ дать под влияние разных условий. Если одна из компонент в большей степени подвержена влиянию условий своего распрост­ ранения, чем другая компонента, то после восстановления плос­ кополяризованной волны оказываются измененными как ее ампли­ туда, так и угол поляризации.

Эффект Фарадея является следствием взаимодействия между электромагнитной энергией и магнитными свойствами структуры

Рис. 9.5. Эффект Фарадея. Угол поляризации плоскополяризо­ ванной волны изменяется, когда она проходит через намагничен­ ный диэлектрик

вещества. Поскольку диэлектрические вещества могут быть диа­ магнитными, парамагнитными, ферримагнитными или антиферримагнитными, механизмы возникновения эффекта Фарадея у этих веществ несколько различаются. Таким образом, эффект Фара­ дея можно подразделить на типы в соответствии с указанными типами диэлектриков.

Магнетоны некоторых диэлектриков можно упорядочить по ориентациям воздействием внешнего магнитного поля и возбу­ дить их прецессию. В данном случае соотношение между на­ правлениями прецессии и магнитного поля обладает тензорными свойствами. Если прецессия происходит по часовой стрелке при наблюдении в направлении поля, то при наблюдении в направ­ лении, противоположном полю, она будет происходить против часовой стрелки и будет отсутствовать при наблюдении в любом направлении, перпендикулярном полю.

Прецессия магнетонов может быть возбуждена при взаимо­ действии с электромагнитными полями. Такое возбуждение опи­ сывается характеристиками, отражающими частоту изменения величины во времени и направление в пространстве. Поглощение электромагнитной энергии поляризованным диэлектриком зави­ сит как от направления плоскополяризованной волны по отно­ шению к направлению приложенного магнитного поля, так и от частоты этой волны по отношению к частоте прецессии магнето­ нов. Если энергия и вещество взаимодействуют, возбуждая прецессию, то значительно большая часть этой энергии превра­ щается в тепло и меньшая проходит через вещество, по срав­ нению с условиями, когда прецессия не возбуждается.

В случае, когда одна из компонент с круговой поляризацией, образующих плоскополяризованную волну, возбуждает прецес­ сию, а другая не возбуждает, эти компоненты будут распрост­ раняться в веществе с разными скоростями, и угол поляризации плоскополяризованной волны изменится из-за разности скоростей компонент. Это изменение будет зависеть от различия в интен­ сивностях взаимодействия компонент волны с прецессирующими магнетонами.

Угол поворота плоскополяризованного пучка пропорционален длине пути, проходимого им в диэлектрике, напряженности упорядочивающего магнетоны поля, косинусу угла между на­ правлением магнитного поля и плоскостью поляризации пучка, а также постоянной Верде.

Постоянная Верде определяется типом вещества, температурой и частотой энергии излучения. Ее значение приблизительно пропорционально квадрату частоты.

Поскольку на упорядочение ориентаций магнетонов в соот­ ветствии с приложенным полем затрачивается определенное вре­ мя, между моментом приложения внешнего поля и возникнове­ нием эффекта Фарадея имеется временная задержка.

Эффект Фарадея можно наблюдать в прозрачных веществах на частотах видимого света, если возбуждена прецессия пара­ магнитных магнетонов. В ферритах можно вызвать прецессию ферримагнитных магнетонов на микроволновых частотах.

9.21. ИЗОЛЯЦИЯ ФАРАДЕЯ

Микроволновый изолятор исключает отражение энергии в микроволновых цепях, пропуская электромагнитную энергию в одном направлении и не пропуская в противоположном. Явление изоляции Фарадея иллюстрируется на рис. 9.6.

В изоляторе Фарадея осуществляется изменение угла поляри­ зации передаваемой энергии на 45° при помощи тела, изготовлен­ ного из намагниченного феррита. Любое отражение этой энергии приобретает дополнительный поворот на 45°, возвратившись че­ рез феррит в противоположном направлении. После двукратного прохождения через ферритовое тело такие отражения имеют угол поляризации, измененный на 90° относительно угла передаваемой энергии, и могут быть избирательно поглощены благодаря раз­ ности углов поляризации, причем это не влияет на передаваемую волну.

Рис. 9.6. Изолятор Фарадея. Угол поляризации плоскополяризованной волны может измениться на 45° в результате прохождения через намагниченное ди­ электрическое тело соответствующей формы

Поскольку изменение угла поляризации зависит от частоты прецессии магнетонов, описанный изолятор представляет собой прибор, обладающий чувствительностью к частоте. Частота пре­ цессии определяется напряженностью внешнего поля, упорядо­ чивающего ориентацию магнетонов, поэтому такой прибор можно настроить для работы на заданной частоте, соответствующим образом изменив эту напряженность.

9.22. ПОГЛОЩЕНИЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ РЕЗОНАНСА МАГНЕТОНОВ

Все магнетоны, упорядоченные по ориентациям приложенным магнитным полем, прецессируют в одном и том же направ-

150

Источник: https://studfile.net/preview/19992782/